(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの測定値を記録する方法に関し、測定値は、少なくとも１つの測定ドローン（２）によって記録され、測定ドローン（２）は、測定値を記録するために所定の位置に飛翔し、位置調整によって所定の位置に保持される、あるいは所定の位置に対するその変化が記録され、少なくとも１つの測定値を記録し、少なくとも１つの記録された測定値または記録された測定値を表す少なくとも１つの値を保存し、評価装置（１０）に送信し、および／または、記録された測定値を記録する。【選択図】図７
2019523363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの測定ドローン（２）によって記録される少なくとも１つの測定値を記録する方法であって、前記測定ドローン（２）は、
−前記測定値を記録するために所定の位置に飛翔し、
−位置調整によって前記所定の位置に保持される、または、前記所定の位置に対するその変化が記録され、
−少なくとも１つの前記測定値を記録し、
−少なくとも１つの記録された前記測定値、または記録された測定値を表す少なくとも１つの値を保存し、それを評価装置（１０）に送信する、
方法。
【請求項２】
少なくとも１つの測定音値が、特に、マイクロフォン（８０）として構成される前記ドローン（２）の測定センサを用いて、測定値として記録される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定ドローンは、測定値の記録に続いて別の所定の位置へ飛行し、位置調整によって前記別の所定の位置に保持される、あるいは別の所定の位置に対するその変化が記録され、前記測定ドローンが少なくとも１つの別の測定値を記録する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの測定風値が、測定値として、特に、前記測定風値記録手段として構成される前記ドローン（２）の測定センサを用いて記録される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの値が、以下を含むリストから、少なくとも１つの測定風値として選択される、
−風速、
−風向き、
−前記風の突風、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記測定ドローンは、
−位置調整によって前記所定の位置で保持され、および／または、
−高度調整によって所定姿勢で保持され、および
−少なくとも１つの風値が、位置調整または姿勢調整、あるいはその両方から導き出される、
請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
中断なしで前記測定値を記録するために、前記測定値の記録中に、少なくとも２つの測定ドローン（２）が互いに入れ替わる、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
複数の測定ドローン（２）は、同時に使用され、異なる所定の位置で前記測定値を記録する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
以下を含むリストから選択された、少なくとも１つの風の特性が捕獲される、
−少なくとも１つのウィンドシア（wind shear）、
−少なくとも１つのウィンドビア（wind veer）、
−風の場（wind field）、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記測定ドローン（２）の位置調整は、以下を含むリストから選択された、少なくとも１つの測定システムによって実行される、
−ＧＰＳデータを評価する測定システム、
−１つ以上の固定基準受信機で補足されたＧＰＳデータを評価する測定システム、
−超音波測定を評価する測定システム、
−レーダ測定を評価する測定システム、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
別の気象情報は、少なくとも１つの測定ドローンまたは他の方法で記録され、前記別の気象情報は、以下を含むリストから選択される少なくとも１つの気象情報要素に関する。
−大気温、
−降水量タイプ、
−降水量、
−相対湿度、
−空気密度、
−大気圧、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
複数の測定ドローン（２）は、それぞれ位置調整によって互いに異なる高さで保持され、各測定ドローン（２）は、特に、複数の測定ドローン（２）がともに仮想的な測定マスト（６）を形成するように、その高さの測定値を記録する、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記測定ドローン（２）は、風向き、特に、風力発電設備（１００）の風上に応じて配置される、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの風力発電設備（１００）を運転する方法であって、
前記風力発電設備（１００）は、少なくとも１つの風値に応じて運転され、前記少なくとも１つの風値は、特に、前記少なくとも１つの風値が請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法によって測定ドローンによって記録されるように、少なくとも１つの測定ドローンによって記録される、
方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの測定値を記録する測定ドローン（２）であって、
−前記測定ドローン（２）が所定の位置へ飛行し、前記所定の位置で保持され、および／または、前記所定の位置に関連する前記測定ドローン（２）の位置の変化が記録されるように準備された飛行制御装置と、
−少なくとも１つの前記測定値を記録する測定手段と、
−任意の評価装置（１０）に送信するための送信手段、または少なくとも１つに記録された測定値または前記記録された測定値を表す少なくとも１つの値を格納するための格納手段と、
を備えた測定ドローン（２）。
【請求項１６】
前記測定手段は、測定音値を記録するために、少なくとも１つのマイクロフォン（８０）を備えている、
請求項１５に記載の測定ドローン（２）。
【請求項１７】
前記測定手段は、ケーブル（８２）、またはスペーサ、例えば、ロッドを介して、特に、記録中にプロペラ（８４）から距離を置くために、プロペラ（８５）が配置された本体（８４）に接続される、
請求項１５または１６に記載の測定ドローン（２）。
【請求項１８】
プレート（８６）は、前記ケーブル（８２）または前記測定手段と前記本体（８４）との間の前記スペーサ上に配置され、前記プレート（８６）は、好ましくは、音反射板である、
請求項１７に記載の測定ドローン（２）。
【請求項１９】
前記測定手段は、少なくとも１つの測定風値記録手段を備えている、
請求項１５から１８のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２０】
本質的に垂直な回転軸を有する１つ以上の電動プロペラによって特徴付けられ、前記飛行制御装置は、以下を含むリストから選択される少なくとも１つのアクチュエータを制御するように準備される、
−１つ以上のプロペラ、
−各プロペラの前記垂直な回転軸の配置を調整するための調整手段、
−測定ドローンの姿勢を制御するための姿勢制御手段、
−測定ドローンの飛行方向を制御する方向制御手段、
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２１】
前記測定ドローンは、その電力供給のために、
−必要とされる電気エネルギーを蓄えるための電力バッテリと、
−電気エネルギーを供給するためのトレーリングケーブル（８）と、を有している、
請求項１５から２０のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２２】
本日的に垂直な回転軸を有する少なくとも１つの内燃機関によって駆動される１つ以上のプロペラによって特徴付けられ、前記飛行制御装置は、以下を含むリストから選択される少なくとも１つのアクチュエータを制御するように準備される、
−１つ以上のプロペラ、
−各プロペラの前記垂直な回転軸の配置を調整する調整手段、
−前記測定ドローンの姿勢を制御する姿勢制御手段、
−前記測定ドローンの飛行方向を制御する方向制御手段、
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法で、そこで記載された前記測定ドローン（２）として使用されるように、準備される、
請求項１５から２２のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２４】
少なくとも１つの測定値、特に、測定音値または測定風値を、複数の測定ドローン（２）によって記録するための測定準備（arrangement）であって、前記準備（arrangement）は、
−請求項１５から２３のいずれか１項に記載の複数の測定ドローン（２）と、
−以下の機能を含むリストから少なくとも１つの機能を実行する基地局（１０）と、
を備え、
−前記測定ドローン(２)に電気エネルギーを供給し、
−記録された測定値を捕獲し、
−前記測定ドローン（２）を互いに調整する、
準備（arrangement）。
【請求項２５】
ナセル（１０４）とロータブレード（１０８）を有するロータ（１０６）とを備え、風から電気エネルギーを生成する風力発電設備（１００）であって、
−前記風力発電設備（１００）は、少なくとも１つの測定値に応じて制御され、
−測定値、または少なくとも１つの測定ドローン（２）によって記録され送信された前記測定値を表す値を受信するように構成されるデータ送信手段を有している、
風力発電設備（１００）。
【請求項２６】
前記データ送信手段は、測定値、または請求項１５から２３のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）からの前記測定値を表す値を受信するように構成される、
請求項２５に記載の風力発電設備（１００）。
【請求項２７】
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの測定ドローン（２）の充電を行うために充電ポイントが設けられ、前記充電ポイントは、好ましくは、前記風力発電設備（１００）の前記ナセル（１０４）に設けられている、
請求項２５または２６に記載の風力発電設備（１００）。
【請求項２８】
風によって電気エネルギーを生成する、風力発電システム（１）、特に、風力発電所（１１２）であって、
請求項２５から２７のいずれか１つに記載の少なくとも１つの風力発電設備（１００）と、
請求項１５から２３のいずれか１つに記載の測定ドローン（２）と、
を備えた風力発電システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、風力発電設備の制御に使用される少なくとも１つの測定値の記録方法に関する。さらに、本発明は、少なくとも１つの記録された測定値に基づいて、少なくとも１つの風力発電設備を運転する方法に関する。さらに、本発明は、測定ドローン、および複数の測定ドローンの配置に関する。さらに、本発明は、風力発電設備および１以上の風力発電設備を持つ風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備は一般に知られており、風から電気エネルギーを生成するために使用されている。それらを制御するために、風の特性を記録することが少なくとも有用である。これには、特に、風速および風向が含まれ、これらは以下では、風値とも呼ばれる。さらに、必要に応じて、例えば、運転ポイントを調整することによって風力発電設備からの騒音公害を低減するために、特に、進行中の運転中に風力発電設備によって放射される音響放射についての知識を有することは有用である。
【０００３】
測定は、例えば、電力曲線を決定するために、実行されることもでき、前記測定は、通常、風力発電設備の上流に配置された気象マストを使用して実行される。
しかし、気象マストは固定された位置に固定されているため、その結果、測定値は、単一の風向に対してのみ正しいかもしれず、風向がそこから外れている場合は修正する必要がある。気象マストの設置も、必要な固定と固定ワイヤのために複雑である。音響測定の場合、一方向の音響放射のみを測定値で検出することができるため、音場を決定するための二次元または三次元測定は不可能である。
【０００４】
あるいは、関連する風力発電設備上の測定装置を用いて、特に、風値を決定するために測定が実行されることもできる。しかしながら、特に、ナセル風速計の使用は、風力発電設備の作動が、この測定装置、すなわち、特にロータの回転を妨げるという事実によって非常に不正確であり、そこではロータブレードは測定装置上を通過する。
さらに、風力発電設備のナセルに測定装置を使用すると、前記測定装置はナセルの領域のみで風速を測定することができるが、ロータ表面の全領域、すなわち風力発電設備の運転中にロータブレードが通過する領域では測定できないという問題が定期的に生じる。したがって、風の場の記録は、通常不可能であるかまたは不十分にしか可能ではない。
【０００５】
超音波測定のような技術的に複雑な測定も考えられるが、非常に複雑で高価である。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、前述の問題のうちの少なくとも１つに対処することである。特に、風力発電設備のための風の場または音の場を異なる方向から簡単な方法で記録することができる解決策が提案されることが意図されている。このタイプの解決策は、できるだけ柔軟で経済的であるべきである。これまでに知られている解決策に対する代替の解決策は、少なくとも提案されることを意図している。
【０００７】
請求項１に記載の方法は、本発明に従って提案される。本方法は、少なくとも１つの測定値を記録するために提供される。このタイプの測定値は、風速、風の方向、風の突風、または、音圧レベルまたは音の周波数のような測定された音値のような風値であってもよい。記録用の測定ドローンを使用することが提案される。簡素化のために、測定ドローンは、無人機とも呼ばれる。
【０００８】
複数の測定ドローンを使用することもできるこの測定ドローンは、１つまたは複数の風値を記録するために所定の位置に飛行する。この所定の位置は、例えば、風力発電設備のナセルと同じ高さであってもよく、ここでは、例えば１００メートルなどの所定の距離が維持される。風力発電設備の前のこの位置は、特に、この位置が風力発電設備のすぐ風上にあること、すなわち、風力発電設備がその時点で一般的な風向に対してこの測定ドローンのすぐ後ろに位置することを意味することができる。しかしながら、特に、風の場または音場が測定されるべきである場合、そしてまた特に異なる位置で同時に作動する複数の測定ドローンが使用される場合、他の位置もまた考慮され得る。
【０００９】
現在考慮されている測定ドローンは、位置調整によってこの所定の位置に保持されている。その結果、この位置に測定値を記録することができる。さらにまたは代わりに、所定位置に対する測定ドローンの位置の変化も記録することができる。結果として、この測定ドローンの位置のこの変化は、評価において考慮に入れることができ、測定された風値を決定するために必要ならば差し引くことができる。これは、測定ドローンの位置の望まれている、または望まれていない変化に関連し得る。例えば、その位置がそれに沿って飛行されるべき位置経路を形成するようにすることもできる。
【００１０】
少なくとも１つの測定値は、測定ドローンによって記録され、評価装置に送信される。これを行うために、風の値、すなわち、例えば、風速および／または風向き、または測定された音の値、すなわち、例えば、音圧レベル、すなわち音量または音の周波数が、記録された値、すなわち生データから測定ドローン内で既に計算され、送信される。ここで生データを伝送すること、および対応する風の値または測定された音の値をその後に評価装置において計算することも考えられる。いくつか例を挙げると、最初の事前評価を測定ドローンで実行するか、または風の値または音の測定値の一部だけを計算するか、または正規化なしの計算を実行する中間的な解決策も考えられる。特に、突風は、例えば、評価装置において複数の風速値から続いて決定されてもよい。送信の代わり、またはそれに加えて、ドローンが着陸した後にのみ、それらを評価するためにドローンのメモリに測定値を記憶することも提供される。
【００１１】
測定ドローンはまた、サイトアセスメントとも呼ばれることができるサイトの適合性を決定するために計画されたサイトにおける風の状態を決定するために使用される。収益予測、高さプロファイル、ウィンドシア、乱流強度など、サイトの特性が判断される。
本発明の一実施形態は、第１の測定ドローンのバッテリが使い果たされるとすぐに、１つの測定ドローンを別の測定ドローンと自立的に交替することを提案する。測定ドローンの限られた飛行時間にもかかわらず、任意の付与された長さの測定段階は、このような周期的な交替によって実行される。
【００１２】
一実施形態によれば、測定ドローンを位置調整によって所定の位置に保持することが提案されている。さらにまたはあるいは、測定ドローンを姿勢調整によって所定の姿勢に保持することが提案される。これは、特に、測定ドローンが整列している方向、すなわち測定ドローンが向いている水平方向を意味するものと理解される。姿勢調整は、平面内での測定ドローンの姿勢、すなわち、測定ドローンが平面に対して傾いているかどうか、また傾いている場合、どの方向にどの程度まで傾いているかにも関係し得る。
【００１３】
例えば、測定ドローンのプロペラの推力およびプロペラまたは測定ドローンの位置合わせなどの位置調整または姿勢調整のために、制御パラメータまたは補正パラメータが常に生成される。これらの制御パラメータまたは補正パラメータから、風速および風向き、そして必要であれば他の風の値を推定することができる。記録されるべき少なくとも１つの測定値は、このようにして導出されることが好ましい。
【００１４】
よって、例えば、測定ドローンの位置が、風に対する所定の位置においてそのプロペラの傾斜位置および対応する推力を維持するように、その位置で制御される場合、風向きは傾斜位置の方向から決定することができる。さらに、風の強さまたは風速は、傾斜位置の程度および設定された推力から決定することができる。必要であれば、気温、降水型、降水量、相対湿度および／または気圧などの値も考慮に入れることで、精度を向上させることができる。しかしながら、これは説明のための例としてのみ説明されており、例えば、測定ドローンの傾斜位置の代わりにまたはそれに加えて、１つまたは複数のプロペラが傾斜位置に設定される測定ドローンの使用等、他の可能性も考えられ、これらのデータによって、風速と風向きとを推測することができる。特に、このようにして測定された風の値は、風の測定値とも呼ばれ、音の測定値を決定する際に同様に考慮に入れられる。特に、風力発電設備に対する特定の場所における音圧レベルは、実際には、一般的な風の値にも依存する。
【００１５】
したがって、測定値は、位置調整から、さらにまたは代わりに、少なくとも１つのドローンの姿勢調整から導出される。
一実施形態によれば、測定ドローンは、特に、測定手段として、この少なくとも１つの測定センサによって風の値または風の値のいくつかを記録するために、風の値を記録する少なくとも１つの測定センサを有する。別の実施形態によれば、測定センサまたは少なくとも１つの測定センサは、マイクロフォンである。測定ドローンの操作もこの種の測定手段に影響を及ぼし得るため、測定ドローンのこの動作は、必要であれば、歪みを除去するために、測定センサによる少なくとも１つの風の値の記録の間に、考慮に入れることができる。
【００１６】
測定センサまたは少なくとも１つの測定センサがマイクロフォンとして、すなわち音センサとして構成される場合、プロペラが配置されているドローンの本体からケーブルまたはスペーサで取り付けられているため、プロペラから離れて配置されている。その結果、マイクロフォンに当たる音の振幅は、プロペラによって減少する。
別の一実施形態によれば、音反射板が、ケーブル上または測定センサ、すなわち少なくとも１つのマイクロフォンと本体との間のスペーサ上に配置されている。結果として、プロペラの音は、測定センサ上でさらに低減される。
【００１７】
測定値を記録するために少なくとも２つの測定ドローンが使用されることが好ましく、前記測定ドローンは、測定値を中断することなく記録するために、互いに交替する。これは、特に、バッテリモードで測定ドローンを使用する場合に考えられる。その結果、最も単純な場合には、一方の測定ドローンが空中で測定値を記録している間に、他方の測定ドローンが充電ポイントで充電されていればよい。
【００１８】
複数の測定ドローンが同時に使用され、異なる所定の位置において風の値を記録することが好ましい。ここでは、特に、異なる高さで測定値を記録することができるようにするために、複数の測定ドローンを互いに距離を置いて配置することが考えられる。特に、それによって、風または音の高さプロファイルを記録することができる。
ウインドシア（wind shear）の捕捉、すなわち高さに応じた風速の変化の捕捉を含む風特性が捕捉されることが好ましい。これはまた、ウィンドビア（wind veer）の捕捉、すなわち高さに応じた風向きの変化も含んでいてもよい。さらにまたは代わりに、風の場もまた捕捉される。したがって、この目的のために、風の値が高さに応じて変化するだけでなく、水平方向にも変化する。特に、このタイプの風の場は、ロータの場またはその前の領域について記録される。特に、結果として、関係する風力発電設備に関連する風の状態の指定された測定が可能である。
【００１９】
測定ドローンの位置調整は、ＧＰＳデータを評価する測定システムを用いて行われることが好ましい。したがって、測定ドローンの位置を、ＧＰＳデータを介して記録することができ、その結果、測定ドローンの位置調整を実行することができる。さらにまたは追加的に、測定ドローンの位置の変化を記録し、考慮に入れることができる。さらにまたは補足として、１または複数の静止基準受信機によって補足されるＧＰＳデータを評価する測定システムを使用することができる。精度は、時々、実質的に改善され、そしてこのシステムは、差動ＧＰＳとして構成され、または作動される。このシステムは、一般的に、差動全地球測位システム（ＤＧＰＳ）として知られている。
【００２０】
さらにまたは代わりに、超音波測定によって位置データを記録または提供するシステム、すなわち超音波測定を評価する測定システムを使用することができる。レーダ測定を評価する測定システムの使用も、この目的のために考慮され得る。この種の超音波測定を評価する測定システムおよびレーダ測定を評価する測定システムは、本質的に複雑で高価である可能性があるが、これらの測定システムは、少なくとも１つの測定ドローンの目標位置の記録のためにのみ構成されなければならないという事実により、コストが制限され得る。これは、特に、システムの範囲と方向スペクトルに影響する。
【００２１】
測定ドローンまたは少なくとも１つの測定ドローンがその位置を変える場合には、代替としてまたは複数の測定ドローンの使用に対する補足として、風の場、音場の記録も行うことができる。換言すれば、測定ドローンは、風の場、音場またはそれらの部分を通って飛行することができ、それによって風の場、音場または対応する部分を測定することができる。
【００２２】
この方法は、さらなる気象情報が少なくとも１つの測定ドローンによって、または他の何らかの方法で記録されることを特徴とすることが好ましい。その結果、特に測定品質を向上させることができる。一方、音の値または風の値、特に風速の記録は、さらなる気象情報、すなわち、特に風速が制御パラメータまたは位置調整の補正パラメータから導き出される場合に依存し得る。記録された風の値のデータベースを改善するために、さらなるまたは代わりに、別の気象情報を風の値に割り当てること、または前記気象情報を風の値として使用することが考えられる。この種の追加的に捕捉された気象情報は、それに応じて、それに応じて風力発電設備の調整または制御を改善することができる。
【００２３】
このタイプの別の気象情報は、気温、降水型、降水量、相対湿度、空気密度および／または気圧であってもよい。
複数の測定ドローンは、好ましくは、それぞれ位置調整によって互いに異なる高さに保持され、各測定ドローンはその高さで測定値を記録する。複数の測定ドローンのこの一括位置調整は、特に、これら複数の測定ドローンが一緒になって仮想的な測定マストを形成するようにして行われる。これらの測定ドローンは、異なる高さで測定値を捕捉し、そうでなければ測定マストによって記録される。これらの測定ドローンは機械的に固定されているのではなく、整合または調整された位置調整によってのみ互いに関連して位置決めされているので、それらは仮想的な測定マストを形成するかまたはそのように見なすことができる。測定マストを設定する必要なしに、測定マストについて知られている慣習的な方法で、評価を行うことができることが好ましい。
【００２４】
この少なくとも１つの測定ドローン、特に、仮想的な測定マストは、風向き、特に風力発電設備の風上に応じて配置されるのが好ましい。少なくとも１つの測定ドローンまたは仮想的な測定マストは、特にこの少なくとも１つの測定ドローンまたは仮想的な測定マストが本質的に風力発電設備の風上に保たれるように、風向きが変化する場合、風向きを追跡することが好ましい。特に、風向きを変えても、風力発電設備の前、または風力発電設備の前の音の場または風の場の前の、音のプロファイルまたは風のプロファイルの評価が実行される。風を追跡することができないウィンドマストの場合に必要とされるかもしれない補正計算は、ここでは必要ではない。
【００２５】
本発明によれば、少なくとも１つの風力発電設備を運転する方法も提案される。風力発電設備は、少なくとも１つの測定値に応じてここで運転される。この目的のために、少なくとも１つの測定値が少なくとも１つの測定ドローンによって記録されることが提案される。測定ドローンによって少なくとも１つの測定値を記録するための方法の前述の実施形態のうちの１つに従って記載されたように記録が行われることが好ましい。
【００２６】
特に、対応する測定値を少なくとも１つの測定ドローンから風力発電設備に直接的または間接的に送信することが考えられる。
本発明によれば、少なくとも１つの音値または風の値、特に風速および／または風向きを記録するための測定ドローンも提案されている。この種の測定ドローンは、測定ドローンが所定の位置に飛行し、そこで所定の位置に保持されるように準備された飛行制御装置を備えている。よって、飛行制御装置は、位置調整を実行する。さらにまたはあるいは、測定ドローンが、おおよそその所定の位置に達するとすぐに、所定の位置に対する測定ドローンの位置の変化も記録される。
【００２７】
飛行制御装置は、特に、特に３つの座標方向における位置記録および位置偏差を含むことができる。次いで、例えば、対応する目標値と実際値との比較を通じて、３つの位置方向すべてについて調整誤差を決定することができ、調整アルゴリズムに入力して、それぞれの方向について対応する目標推力値を決定することができる。このような垂直方向の目標推力値は、ここでは主に、測定ドローンの自重を打ち消すために関連している。水平面内の異なる、特にデカルト方向の他の２つの目標推力値は、しかしながら、特に位置調整のための静止精度が少なくとも短期間で達成される場合には、風向きおよび強さの指標を提供することができる。
【００２８】
垂直方向の目標推力は、特に、プロペラの推力、特に、その回転速度によって実現することができる。２つの例を挙げると、水平面内の方向への残りの２つの目標推力は、例えば、測定ドローンのプロペラの対応する傾斜位置、または測定ドローンの傾斜位置によって達成することができる。
一実施形態によれば、ドローンは、３つの空間方向におけるその位置だけでなく、これらの方向を通る回転という意味におけるその傾斜も決定する。垂直位置と水平位置とが同時に維持される場合、この傾斜は、風向きおよび風の強さと相関する尺度であることが認識されている。この目的のために、この傾斜を記録し、水平方向を維持しながら風向き、さらにまたは代わりに風速をこれから導き出すことが提案される。
【００２９】
飛行制御装置は、さらにまたは代わりに、所定の位置に対する測定ドローンの位置の変化を記録することができる。位置調整が有効化されている限り、そのような変化は、調整エラーとして常に存在している必要があり、評価される。しかしながら、この種の調整が起動されていなくても、そのような調整誤差はそれに応じて測定ドローンの位置を必ずしも変えることなく偏差として記録することができる。
【００３０】
測定ドローンは、少なくとも１つの風の値を記録するための、風の測定値記録手段とも呼ぶことができる風記録手段をさらに含む。これは、飛行制御装置が捕捉し、特に位置調整のために使用するパラメータを評価することによって行うことができる。しかしながら、さらにまたは代わりに、少なくとも１つの測定センサが測定ドローンに存在してもよい。代替的または追加的に、測定ドローンは、測定された音値を記録するためのマイクロフォンを備えている。
【００３１】
一実施形態によれば、少なくとも１つの記録された測定値を評価装置に送信するために送信手段がさらに設けられる。測定値の代わりにまたはそれに加えて、例えば、測定ドローンによって記録された生データのような、測定値を表す値も送信することができる。送信は、ケーブル接続または無線リンクを介して実行される。特に、測定ドローンがトレーリングケーブルによって電流を供給される変形が選択される場合、このトレーリングケーブルは、例えば、ｄ−ネットワークと同様に、データ送信のためにさらに使用されてもよい。測定ドローンが電池で自由に飛行する場合、無線通信送信が考えられる。風力発電設備または風力発電設備制御装置の最終構成のために測定値がオフラインで記録される限り、最初に記録された値を捕捉して記憶し、次に測定ドローンが着陸したときにそれらを送信することも考えられる。これは、特に、測定ドローンが評価装置の近くまたは上に着地して、例えば、その電池を充電するためにそこに接続されている場合に適用される。
【００３２】
測定ドローンは、好ましくは、本質的に垂直な回転軸を有する１つまたは複数の電動プロペラを有する。そして、飛行制御装置は、少なくとも１つのアクチュエータを制御するために準備される。この種のアクチュエータは、特に、各プロペラの対応する駆動モータを制御することができる１つ以上のプロペラであってもよい。この意味でのアクチュエータは、使用される測定ドローンがこの種の調整可能な回転軸を有する限り、各プロペラの垂直回転軸のアライメントを調整するための調整手段でもあってもよい。一例を挙げると、この垂直回転軸のわずかな調整、すなわち、例えば、５〜１０度の調整は、この回転軸の傾斜方向に対応する測定ドローンの前方への推力を生じさせることができる。このようなわずかな傾斜位置では、上向きの推力はほとんど変化しないが、必要に応じてプロペラまたはモータの対応する制御を介して調整することができる。
【００３３】
さらに、アクチュエータは、測定ドローンの姿勢を制御するための姿勢制御手段とすることができる。これには、バッフルプレートなどの空気力学的要素が含まれる。アクチュエータは、また、測定ドローンの飛行方向を制御するための方向制御手段であってもよい。つまり、ここでは、例えば、テールロータのように、ヘリコプターと同様の構成が考えられる。しかしながら、測定ドローンをクワッドコプターとして装備し、対応して設けられた４つのプロペラの制御によって完全に制御することも考えられる。
【００３４】
測定ドローンは、その中に必要な電気エネルギーを蓄積するために、その電力供給のための電池を有することが好ましいと提案される。これは、特に、飛行に必要な電気エネルギーに関係する。しかしながら、測定値を記録することを含めて、コンピュータをバッテリから制御することもできる。
代わりに、測定ドローンが電気エネルギー供給のためのトレーリングケーブルを有することが提案される。風力発電設備のための風のプロファイルまたは風の場を測定するためのこの種の測定ドローンの使用を通して、測定ドローンの動作範囲は非常に明確に定義されているため、最大ケーブル長も計算される。したがって、計算に含まれるこのケーブルの重量もよく知られている。したがって、測定ドローンは、対応する後続ケーブルも持ち上げることができるように設計することができる。この構成は、測定ドローンを連続的に操作することができるという利点を提供する。
【００３５】
一実施形態によれば、測定ドローンは、本質的に垂直な回転軸を有する少なくとも１つの内燃機関によって駆動される１つまたは複数のプロペラを特徴とし、飛行制御装置は少なくとも１つのアクチュエータを制御するために準備される。１つ以上のプロペラと、各プロペラの垂直回転軸のアライメントを調整する調整手段と、測定ドローンの姿勢を制御する姿勢制御手段と、測定ドローンの飛行方向を制御する方向制御手段とは、アクチュエータとしても使用できる。１つまたは複数の電気駆動プロペラに関連して提供されたアクチュエータの説明は、１つまたは複数の内燃機関を有する実施形態にも適用される。
【００３６】
したがって、測定ドローンを１つまたは複数の内燃機関によって駆動すること、すなわち１つまたは複数の内燃機関によって駆動される１つまたは複数のプロペラを有することも考えられる。その結果、自律的に同様に動作することもできる。それはまた、電気的に駆動可能な測定ドローンと関連して、上記または下記に記載されているか、または記載されるであろう任意の機能を本質的に有することができる。特に、電気バッテリを有する限り、電気的に駆動可能な測定ドローンに関する上記および下記の説明は、１つまたは複数の内燃機関によって駆動される測定ドローンにも適用される。
【００３７】
特に、少なくとも１つの他の測定ドローンが基地局で給油される間に、少なくとも１つの測定ドローンが飛行して測定値を捕捉するように、少なくとも１つの内燃機関を有する複数の測定ドローンを使用し、２つ以上の測定ドローンが互いに交互に配置されている変形形態を提供することができる。この目的のために、電池式の測定ドローンの使用についても上記または下記で説明されたかまたは説明されるであろう同じ変形が相応に提案される。基地局は、ここでも地上または風力発電設備のナセル上に設けることができる。
【００３８】
少なくとも１つの内燃機関を使用することの１つの特定の利点は、特に、１つまたは複数の風力発電設備がまだ電力供給ネットワークに接続されていない場合には、測定ドローンおよび少なくとも１つの測定値を記録する方法が、特に、遠隔地域に適していることである。
いずれの場合にも、測定ドローンが、その位置を本質的に自律的に制御し、必要であれば、その位置を維持することが提案される。必要であれば、作業員などのユーザが新しい位置を定義できる。しかし、測定ドローンの制御を人が恒久的に任されていることは基本的に規定されていないが、測定ドローンは、代わりに自律的に飛行し自律的にその位置、必要であれば、特に説明された位置調整による位置経路を維持することを意図している、
測定ドローンは、好ましくは、それが上述の実施形態の少なくとも１つによる方法で使用されるために準備されることを特徴とする。したがって、測定ドローンは、上述の少なくとも１つの測定値を記録するための方法の実施形態のうちの少なくとも１つに関連して説明されたように振舞うために準備される。
【００３９】
本発明によれば、複数の測定ドローンによって少なくとも１つの測定値を記録するための測定装置がさらに提案される。この種の測定装置は、上述の実施形態のうちの１つに係る複数の測定ドローンを備えている。この測定装置はさらに基地局を含む。この基地局は、測定ドローンに電気エネルギーを供給するために設けられる。これを行うために、測定ドローンがケーブル接続を介して動作する場合、測定ドローンのトレーリングケーブルを基地局に接続することができる。代わりに、基地局は、測定ドローン用の充電ポイントとして動作することによって、またはこのタイプの充電ポイントを制御することによって、供給を達成することができる。
【００４０】
さらにまたは代わりに、基地局は、評価装置を形成することができ、記録された測定値を捕捉するように働くことができる。測定ドローンが基地局を制御している場合には、これは、トレーリングケーブルまたは無線リンクを介して、あるいはオフラインで行うことができる。
さらにまたは代わりに、基地局は、測定ドローンの互いに調整を実行することができる。これは、特に、それらの高さに関して、異なる測定ドローンのための異なる位置を定義することを含むことができる。また、測定ドローンが電池式であり、充電ポイント、すなわち、特に、基地局上の充電ポイントを制御しなければならない場合にも、この変更は基地局によって調整することができる。
【００４１】
特に、測定装置全体として仮想的な測定マストを形成することができ、ここで基地局は記録されたデータを評価し、複数の測定ドローンは、複数の垂直に分布した測定センサのように、測定値、すなわち風の値を取り込む。
基地局は、車両、特に、作業車両として構成される。あるいは、風力発電設備も基地局を形成することができる。
【００４２】
本発明によれば、ナセルと、風から電力を発生させるための１つまたは複数のロータブレードを有するロータとを備えた風力発電設備が提案される。この種の風力発電設備は、少なくとも１つの測定値に応じて制御される。それはさらに、少なくとも１つの測定ドローンから測定値を受信するように構成されたデータ送信手段を有する。これは、また、あるいは代わりに、測定値を表す値に関するものでもよい。例えば、風力発電設備は、この目的のために無線受信機を有することができ、それにより、少なくとも１つの測定ドローンは、無線リンクを介して風力発電設備に測定値を送信することができる。しかしながら、測定ドローンがトレーリングケーブルを有するタイプのものである場合、風力発電設備を、トレーリングケーブルを介して１つまたは複数の測定ドローンに接続することも考えられる。そして、データ送信は、前記ケーブルを介して実施することができ、風力発電設備は、さらに前記ケーブルを介して少なくとも１つの測定ドローンに電気エネルギーを供給することができる。一般的に適用されるように、測定ドローンがトレーリングケーブルの使用にもかかわらず、無線リンクを介して測定値を送信することも当然考えられる。
【００４３】
風力発電設備は、好ましくは、データ送信手段が、上述の実施形態による測定ドローンから測定値または前記測定値を表す値を受信するように構成されていることを特徴とする。したがって、上述した測定ドローンの有利な特徴は、対応する風の値を持つ風力発電設備を供給するために使用される。
複数の測定ドローンを共に持つ風力発電設備は、仮想的な測定マストも有利に形成することができる。これを行うために、測定ドローンが風力発電設備に結合されて、それにより、測定ドローンが異なる位置、特に異なる高さ位置について測定値を捕捉し、それらをさらなる処理のために風力発電設備に送信する。
【００４４】
風力発電設備は、少なくとも１つの測定ドローンを充電するための充電ポイントを有することが好ましい。充電ポイントは、風力発電設備のナセル上に配置されることが好ましい。その結果、風力発電設備の設計に応じて、充電ポイントと測定ドローンが飛行するそれぞれの位置との間で、比較的短い飛行距離を達成することができる。
一実施形態によれば、ドローンは、恒久的に設置された電池で充電される。しかしながら、交換のために複数の電池を提供し、それを新たに充電された電池と交換するために、使用済み電池をドローンから取り外すことが提案されることが好ましい。これは、単一のバッテリの充電時間がドローンの飛行時間よりも長くなることがあり、それにもかかわらず、２つのドローンだけが必要であるが複数のバッテリが必要であるという利点を提供する。
【００４５】
風から電気エネルギーを生成する風力発電システムは、さらに、上述した実施形態に係る少なくとも１つの風力発電設備を備えており、さらに少なくとも１つの、好ましくは、上述した少なくとも１つの実施形態に係る上述したような複数の測定ドローンを有していることが提案される。一実施形態によれば、風力発電システムは、複数の風力発電設備を持つ風力発電所として構成される。さらに、または選択的に、少なくとも１つの対応する実施形態に係る上述したような複数の測定ドローン、特に、複数の測定ドローンを持つ測定装置を使用することを提供することができる。上述の仮想的な測定マストを使用することが好ましい。
【００４６】
以下、添付の図面を参照しながら、実施形態に基づいて、本発明を実施例によって詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】風力発電設備の斜視図。
【図２】風力発電所の概略図。
【図３】本発明に係る方法を実行するための制御図の一例を示す図。
【図４】風力発電設備と複数の測定ドローンとを備えた風力発電システムの異なる構成を示す図。
【図５】風力発電設備と複数の測定ドローンとを備えた風力発電システムの異なる構成を示す図。
【図６】風力発電設備と複数の測定ドローンとを備えた風力発電システムの異なる構成を示す図。
【図７】風力発電設備と複数の測定ドローンとを備えた風力発電システムの異なる構成を示す図。
【図８】マイクロフォンを備えた測定ドローンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する風力発電設備１００を示す。３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６とスピナ１１０とは、ナセル１０４に設けられている。ロータ１０６は、運転時に、風によって回転運動するように設定され、それにより、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
図２は、例えば、同一であっても異なっていてもよい３つの風力発電設備１００を備えた風力発電所１１２を示す。このため、３つの風力発電設備１００は、本質的に任意の数の風力発電所１１２の風力発電設備を表す。風力発電設備１００は、電気的な風力発電網グリッド１１４を介して、それらの電力、すなわち特に、生成された電流を供給する。それぞれの場合に生成された個々の風力発電設備１００の電流または電力は互いに加算され、変圧器１１６が通常設けられて風力発電所内の電圧を昇圧し、それをまた一般に参照されるフィードインポイント１１８に供給する。図２は、風力発電所１１２の簡略化された表現にすぎず、これは、例えば、制御部は明らかに存在するが、制御部を示していない。風力発電網グリッド１１４は、また、例えば、１つの異なる例示的な実施形態を挙げれば、例えば、各風力発電設備１００の出力に変圧器も存在するという点で、異なるように設計することもできる。
【００４９】
図３は、風速および風向きのような測定値を記録するための調整の制御値の評価を含む、測定ドローンの位置制御のための一実施形態の単純化された調整構造を示す。測定ドローンは、システム３０２としてその中に含まれている。飛行中、測定ドローン３０２は、おおよそ空間的ランダムに位置決め可能であって、その位置は、ここでは座標ｘ，ｙ，ｚによって示される。ここで、例えば、座標ｘは、南北方向の位置を示すことができ、座標ｙは、東西方向の位置を示すことができ、座標ｚは、垂直方向、よって測定ドローン３０２の高さを示すことができる。したがって、これらの座標ｘ，ｙ，ｚは、それに応じて位置調整のためにシステムの出力パラメータを形成する。
【００５０】
所定の位置は、対応する目標値ｘｓ，ｙｓ，ｚｓによって予め定めることができる。ここで、加算要素３１１，３１２，３１３上の座標ｘ，ｙ，ｚのそれぞれについて目標−実際値の比較が実行され、実際値ｘｉ，ｙｉ，ｚｉは負の符号で組み込まれる。
いずれの場合も、これにより調整誤差、すなわちｅｘ，ｅｙ，ｅｚが生じる。そして、調整誤差は、第１サブコントローラ３２０に組み込まれる。第１サブコントローラ３２０は、各座標に対して個別の推力コントローラ、すなわちＸ推力コントローラ３２１、Ｙ推力コントローラ３２２およびＺ推力コントローラ３２３を有する。第１サブコントローラ３２０のこれら３つの推力コントローラのそれぞれは、対応する座標方向に設定すべき推力、すなわち設定すべき推力、すなわち推力または推力Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを出力する。それぞれの場合の指数は、関連する方向を示す。したがって、これら３つの推力Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、制御パラメータまたは補正パラメータと呼ぶことができる。以下で明らかになるように、「制御パラメータ」という用語は、アクチュエータの直接的な物理的制御がまだ含まれていないので、ここでは好ましい。
【００５１】
このシステムの例では、図３に示すように、実装は、回転速度ｎに関して、および２つの傾斜方向、すなわち傾斜方向αおよびβにおけるプロペラの回転軸の傾斜に関して、そのプロペラを制御することによって制御される測定ドローン３０２に基づいている。
測定ドローン３０２の垂直位置ｚを調整するために、簡単に言えば、これは回転速度ｎの設定を介して達成できると仮定することができる。したがって、回転速度コントローラ３３３が設けられる。このコントローラは、目標垂直推力Ｓｚを入力として受信し、そこから目標回転速度ｎｓを算出する。
【００５２】
ｘ方向およびｙ方向の位置調整のために、２つの傾斜角αおよびβに関するプロペラの垂直軸の設定が最終制御要素として利用可能であって、これら２つの傾斜角αおよびβは互いに直角の方向に調整可能である。特に、測定ドローン３０２の位置合わせがｘ方向およびｙ方向に対して変化し得る場合、これら２つの傾斜角αおよびβは一緒に調整されるべきである。したがって、マルチパラメータコントローラ３３１は、図３に例として示されている構造内に設けられている。このコントローラは、ｘ方向とｙ方向の２つの推力ＳｘとＳｙをそれぞれ考慮して、２つの傾斜角αとβに対する目標値、すなわち目標角αｓとβｓを結合結果として出力する。測定ドローン３０２の正確な位置合わせの場合、例えば、南北方向において、傾斜角αが南北方向に正確に関連し、傾斜角βが東西方向に正確に関連する場合、このマルチパラメータコントローラ３３１を２つの単一コントローラに分離することが考えられる。したがって、提案されたｘ方向の推力Ｓｘは、傾斜角αのみを直接変化させ、ｙ方向の推力Ｓｙは、傾斜角βのみに直接影響を与えるであろう。しかし、この前提条件は通常満たされないので、マルチパラメータコントローラ３３１への対応する変換は、ここでは姿勢Ｌとして示される測定ドローン３０２のアラインメントを考慮することによって行われるか、または考慮に入れることができる。このために、この姿勢Ｌが、マルチパラメータコントローラ３３１に入力される。
【００５３】
このようにして、マルチパラメータコントローラ３３１は、回転速度コントローラ３３３と共に第２サブコントローラ３３０を形成する。
いずれの場合でも、マルチパラメータコントローラ３３１および回転速度コントローラ３３３の図３に示されるこの単純化された明確な構造の結果は、プロペラの２つの傾斜角に対する目標値αｓおよびβｓ、およびプロペラの回転速度に対する目標回転速度ｎｓである。これら３つの目標パラメータは、システム３０２に適宜入力され、したがって、実施のために測定ドローン３０２に転送されるか、またはプロペラ軸を調整するための対応する最終制御要素および回転速度を設定するためのモータに転送される。これらの最終制御要素自体は、もちろん、それぞれの場合において、内部制御カスケードとしての調整構造も有することができる。
【００５４】
測定ドローン３０２が、その予め定められた位置、すなわち目標座標ｘｓ，ｙｓ，ｚｓによって予め定められた位置に、正確かつ不動に配置されている理想的な場合には、この位置調整に対して定常的な精度が提供され、したがって、調整誤差ｅｘ，ｅｙ，ｅｚは、０になる。この状況では、風速Ｖｗおよび風向Ｒｗは、３つの座標方向、すなわちＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚの推力から導出することができる。ここでは、当然、風がない限り、これらの推力Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚはゼロでない値を有することが仮定される。したがって、第１サブコントローラ３２０は、その各ブロック内に整数成分を有する。したがって、ｘ推力制御装置３２１、ｙ推力制御装置３２２、およびｚ推力制御装置３２３は、それぞれ、一体的または一体的に作用する構成要素を有する。
【００５５】
測定記録ブロック３４０は、風速Ｖｗおよび風向Ｒｗを計算するために、３つの推力値Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを受信する。それらから計算された風の値、すなわち風速Ｖｗおよび風向Ｌｗを、それらが記録されたそれぞれの座標に割り当てるために、これらの座標ｘ，ｙ，ｚも同様に測定記録ブロック３４０に入力される。風の値は、これらの座標ｘ，ｙ，ｚに応じて割り当てられる。計測記録部３４０は、風速Ｖｗ（ｘ，ｙ，ｚ）と風向Ｒｗ（ｘ，ｙ，ｚ）を出力する。これらの風の値は、その後、さらに処理することができ、風の場を記録するためにそれらに割り当てられた座標を考慮して使用することもできる。風のプロファイルを記録するためには、垂直座標ｚのみを考慮すれば十分である。特に回転子平面全体について風の場を記録する場合、座標ｘおよびｙも必要であり、座標ｘおよびｙは、ただ１つの変化する水平座標を有する表現に変換することができる。
【００５６】
例えば、空気密度は、垂直推力Ｓｚから推測することができ、これは一態様として提案されている。
図３に示されている単純化された調整構造によるこの調整に加えてまたはその代わりに、少なくとも風速および風向きは、測定ドローンの傾きから導出することができる。駆動ロータが測定ドローンに固定的に接続されている場合、個々のロータの回転速度、したがってその推力は、所望の傾きおよび移動方向が設定されるように調整される。２次的な条件として、垂直位置を維持するために個々のロータ推力の合計が飛行重量に正確に対応するか、または所望の上方または下方加速度を引き起こすという要件を組み込むことができる。
【００５７】
実施のために、使用されるソフトウェアは、位置データおよび傾斜角を出力することができる。これらのデータは格納され、地上局に遠隔測定的に送信される。評価は、例えば地上局で実行される。
図４は、風力発電設備１００と複数の測定ドローン２とを有する風力発電システム１を概略的に示す。図４に示されるこの概略図では、測定ドローン２は、対応する矢印によって特徴付けられる概略的に示された風４に関して、風力発電設備１００の前、すなわち風力発電設備１００の風上に配置される。測定ドローン２は、実質的に互いに垂直に配置され、したがって仮想的な測定マスト６を形成する。図４に示されるこの変形例によれば、それを介して測定ドローン２に電気エネルギーが供給される供給ケーブル８が設けられる。測定ドローンは、共通の供給ケーブル８を共有しており、これはトレーリングケーブルとも呼ばれる。この共通の供給ケーブル８を使用することによって、さらに供給ケーブル８に起因して測定ドローン２が負担しなければならない総重量が全体的に最小化される。供給は、ここでは作業車両として構成されている基地局１０を介して実施される。供給ケーブル８と基地局１０とを備えた測定ドローン２は、測定ドローン２によって少なくとも１つの測定値を記録するための測定装置１２も形成する。
【００５８】
したがって、この実施形態によれば、風力発電設備１００に対して所望の位置で測定値を測定することは、簡単な方法で達成することができる。したがって、特に、個々の測定値だけでなく、風のプロファイルまたは風の場、またはマイクロフォンが設けられている場合には、音のプロファイルまたは音の場を、簡単な方法で、常に風力発電設備１００の風上で取り込むことが可能である。測定ドローン２は、単純に、風力発電設備の風上の対応する位置に案内されなければならないため、これはあらゆる一般的な風向きに対して本質的に可能である。前記測定ドローンはまた、風の方向が変化した後でも風上で測定を実行できるように、簡単な方法で風を追跡することができる。必要であれば、ここでは作業車両として構成され、特に測定ドローン２に電力を供給する基地局１０は、風向きが変わった場合には、同様に、その位置を変えることができる。あるいは、供給ケーブル８の対応する部分、特に、基地局１０と最下部の測定ドローン２との間の部分は、基地局１０の位置を変える必要がないほど長いことも考えられ、または、少なくとも風向がわずかに変わった場合でも変更する必要はない。
【００５９】
図５は、複数の測定ドローン２が同様に供給ケーブル８を介して供給される設計を示す。供給は、風力発電設備１００を介して実施され、供給ケーブル８は、ナセル１０４に接続されるか、またはナセル１０４の近傍の対応する供給ユニットに接続される。
ここでも、風４に対して風力発電設備１００の前方に各種の測定ドローン２が配置されている。これが必要とされる場合、風力発電設備の風上ではない測定を実行することも本質的に考えられる。
【００６０】
いずれの場合でも、測定値を記録し、特に、風４の高さプロファイルを記録することもできる仮想的な測定マスト６は、図５に示すこの実施形態による測定ドローン２を用いて簡単な方法で形成される。供給ケーブルをナセル１０４からロータ１０６を介して測定が行われることを意図する所望の位置、すなわち、この例では、風力発電設備１００の風上まで配線するさらなる測定ドローン２が、供給ケーブル８のケーブルの引き回しのために設けられる。ここでは、「供給ケーブル」と「トレーリングケーブル」という用語は、同義語として使用される。
【００６１】
捕捉されたデータ、特に、測定値またはそれに対応する値は、風力発電設備１００に送信することができ、あるいはさらにまたは代替的に、作業車両１１に送信することができる。測定ドローン２、特に、仮想的な測定マスト６の調整も作業車両１１によって行うことができる。基地局のサブタスク、すなわちエネルギー供給は、ここでは、風力発電設備１００によって、特に、ナセル１０４内の対応する装置によって実行することができる。
【００６２】
図面のこの詳細な説明、特に、図４から図７の説明では、類似の、場合によっては同一ではない要素に同じ参照番号が使用されていることに留意されたい。作業車両１１は、例えば、ある場合には測定ドローン２への電力供給を提供するが、別の場合にはそうではないので、図４と図５との間およびその他の図面との間で異なる。測定ドローン２はまた、図４〜図７の実施形態において同一であり得るが、異なる場合もあり得る。例えば、図５に示す実施形態によれば、風力発電設備１００の前に配置されている測定ドローン２は、本質的に供給ケーブル８を配線するためだけに設けられた測定ドローン２とは異なる評価機能を有することが提供され得る。測定ドローンは、その大きさの点でも異なる場合がある。特に、トレーリングケーブルを運搬する必要がない測定ドローン２は、ケーブルを運搬する必要があるそれらの測定ドローン２よりも小さく設計されることがある。しかしながら、測定装置１２の動作を簡素化するために、各位置に対して同一の測定ドローン２を使用することが好ましい。
【００６３】
図６に示す測定装置１２、従って風力発電システム１も、供給ケーブル８の異なる配線が提供される限りにおいてのみ、すなわち、風力発電設備１００のナセル１０４から、そして風力発電設備１００の回転子１０６から、風力発電設備１００の前の仮想的な測定マスト６の位置まで、図５に示す測定装置１２および風力発電システム１とは異なる。そうでなければ、さらなる説明のために、図５に示される実施形態を参照する。
【００６４】
最後に、図７は、風力発電システム１を示しており、したがって測定ドローン２が供給ケーブルなしで動作する測定装置１２も示している。各測定ドローン２は、この目的のために電池または類似の電気エネルギー貯蔵装置を有する。測定ドローン２は、互いに空間的に独立して配置することができる。しかしながら、仮想的な測定マスト６の形成もまた可能である。このタイプの仮想的な測定マスト６も、ここでは、すなわち、この例では風４に対して風力発電設備１００の前に同様に配置されている４つの測定ドローン２から形成されている。したがって、図７に示されているこれらの測定ドローン２は、図４から図６に示されている実施形態による供給ケーブル８を備えた測定ドローン２と同じタスクを実行することができる。しかしながら、図４から図６に示される実施形態における測定ドローン２は、必要な限りそれらの位置に飛行することができ、それによって連続的に測定を実行し、測定結果を転送することができる。
【００６５】
測定ドローン２の代わりに２つの充電ポイント１４が設けられている。それぞれ１つの測定ドローン２、すなわち合計２つの測定ドローン２を、これらの充電ポイント１４において充電することができる。少なくとも１つの測定ドローン２が充電されている場合、充電された測定ドローン２が充電ポイント１４の１つを離れ、そして測定ドローン２の位置を占め、充電ポイント１４へ飛行し、そこで充電されるという交換手順１６を実行することができる。ここでも、調整は、作業車両１１によっても行うことができる。充電ポイント１４は、作業車両１１と共に、測定ドローン２用、従って、測定装置１２全体用の基地局１０を形成することができる。
【００６６】
一変形例によれば、最も単純な場合には、１つの充電ステーションでも十分であり得る充電ステーションは、風力発電設備１００のナセル上に配置される。その結果、とりわけ、充電ポイントがそれによって不正アクセスから保護されることを達成することもできる。測定ドローンは、完全に自律的に動作することもでき、監視を必要としない。
一実施形態によれば、測定ドローンが、充電のために交換される電池または同様の電気エネルギー貯蔵装置を有する解決策を提供することができる。複数の電池、例えば、５個以上の電池の列が、この目的のために、同数の充電ポイントで充電することができる。それぞれの場合に完全に充電された１つまたは複数のバッテリは、ドローンにドッキングするための配線の端部で利用可能にされる。使用済みのバッテリは、ドローンから取り出され、配線の後端にある充電ポイントに置かれ、そこで充電される。そのため、同じ機能を必要とするドローンが少なくなり、充電に使用できる時間が長くなり、バッテリの寿命が長くなる。この種の配置は、風力発電設備のナセルにも設けることができる。
【００６７】
今、風の方向を変化させることからも、風力発電設備の前で風の測定を行うことができる解決策を、提供することができる。したがって、本発明は、恒久的に設置された気象マストが必要ではなく、むしろ、自動姿勢および位置調整を備えた自律飛行装置が風力発電設備の前の流れの方向に同じ距離で使用されるという固定気象マストから知られる問題を回避する。この自律飛行装置は、ここでは測定ドローンと呼ばれる。
【００６８】
飛行物体、すなわち測定ドローンは、必要なブーストを供給する垂直回転軸を有する電動プロペラを備えていることが好ましい。この測定ドローンは、マルチコプターの原理に従って構成される。一実施形態によれば、自由飛行ドローン、電池または蓄電池の技術から逸脱することは、本発明による意図された使用のためのエネルギー源としてもはや運ばれる必要はなく、その代わりに、ケーブル接続を介してエネルギー供給が行われる。しかしながら、この場合、飛行高さは、この種のケーブル、すなわち供給ケーブルの重量によって制限され、飛行時間はここでは無制限である。
【００６９】
あるいは、電池式の飛行物体、すなわち、特に、電池を持つ測定ドローンが使用される。限られた飛行時間のために、異なる、新しく充電された物体を用いて、飛行物体の周期的な交換が実施される。この場合、交換用の物体、すなわち測定ドローンは、地上またはナセル上に設置された充電ポイント（例えば、充電ポイント１４）から、交換されるべき物体の位置まで飛行し、一方、交換されるべき物体は、充電ポイントまで戻る。ここで説明されている飛行物体は、測定ドローンとも呼ばれ、これらの用語は、この文脈では同義語として使用される。充電時間が飛行時間よりも長い場合には、可能な限り時間的に連続した動作を維持するために、オブジェクト位置ごとに対応するより多くの充電ポイントおよびオブジェクトを配置することが提案される。
【００７０】
姿勢調整のために、例えば、電子ジャイロを含むジャイロ、光学システム、またはそれらの組み合わせ等の従来のシステムが提案されている。
位置調整は、オブジェクトを所定の位置および高さにしっかりと保持することを目的としており、この位置でも位置を変えることができる。この目的のためおよび高さ測定のために、ＧＰＳベースのシステムおよび場合によっては超音波装置およびレーダ装置が使用される。ＧＰＳベースのシステムの精度は、風力発電設備の上または近くに固定基準受信機を使用することによって大幅に改善することができる。これは「差動ＧＰＳ」とも呼ばれる。
【００７１】
風向きおよび風速が主に必要とされる測定パラメータであるので、位置を維持するために飛行制御装置によって計算された制御パラメータは、測定信号として直接使用される。代替的または付加的に、飛行物体は、また従来の測定センサを担持することもできる。
特に、これらの複数の物体、すなわち、これらの飛行物体を、幾何学的位置に、しかし異なる高さに配置し、それによって仮想的な気象マスト、すなわち図４〜図７に示す仮想的な気象マスト６を基地に形成することが提案されている。
【００７２】
風力発電設備が風を追跡する場合、すなわち風がその方向を変える場合、前述の仮想的な気象マストを形成することができるこのような飛行物体の列は、対応する新しい位置、特に、風力発電装置の風上の新しい位置に移動することができる。
この種の追跡に関するここでの不利な点は、同様に風を追跡しなければならないであろうケーブル接続エネルギー供給である。これは、飛行物体、すなわち測定ドローン２のエネルギー供給が、ナセルから供給される本発明の好ましい実施形態によって回避することができる。図５および図６は、ケーブルがロータの周りに配線されているこのタイプの変形例を示している。これは、例えば、ロータの上または下、すなわちロータの直径より下またはロータ表面の下で行うことができる。
【００７３】
バッテリ駆動の飛行物体、すなわちバッテリ駆動の測定ドローンを周期的に交換することは、全体として、ケーブル操作の不都合を回避するが、それに対応してより高いコストで、より多くの飛行物体および追加の充電ポイントが必要とされる。この種の周期的な交換は、例として、図７に記載されている。
本発明は、特に、風力発電設備の使用のための測定について説明されてきた。しかしながら、必要に応じて、地上０〜３００メートルの範囲で流れ、常に静止していなければならない大気中での他の測定作業を実行することができる。
【００７４】
しかし、特に、固定気象マストの代わりとして、本発明を使用することが提供される。
したがって、測定目的のために、特に、固定位置、すなわち、特に、所定の位置に、飛行プラットフォーム、すなわち飛行物体または測定ドローンの配置を提供することが提案されている。仮想的な気象マストを形成するために、そのようなプラットフォームを複数組み合わせることが有利である。無制限の飛行時間は、ケーブルで接続されたエネルギー供給によって、少なくとも理論的に達成される。ここで、エネルギー供給は、地上または風力発電設備のナセルから供給することができる。位置調整信号または姿勢調整信号は、測定値として使用される。中央局への遠隔無線データ送信は、特に好適に実施される。このタイプの中央局は、記載された基地局の一部を形成することができる。しかし、送信されたデータは、代わりにまたは追加的に、風力発電設備のプロセスコンピュータ内または測定ドローンまたは前述の飛行プラットフォームのすぐ近くにある必要はない中央評価ユニット内の風力発電所内の風力発電所コントローラ内のような他の場所において、評価することもできる。「飛行プラットフォーム」という用語は、このタイプの飛行プラットフォームがそれ自身の目的で飛行することを意図していないこと、それどころか、特に測定タスクを実行して、これらの測定タスクを実行するためのプラットフォームを作成することを強調するために、使用されていることに留意すべきである。
【００７５】
図８は、マイクロフォン８０を有する測定ドローン２を示す。マイクロフォン８０は、測定値、すなわち音圧または音の周波数などの測定音値を捕獲するのに役立つ。マイクロフォン８０は、ドローン２の本体８４に、ドローン２の下方でケーブル８２によって吊り下げられている。プロペラ８５が配置されているドローンの部分は、ドローン２の本体８４と呼ばれる。ドローン２の騒音を遮蔽する音反射板８６がマイクロフォン８０の上方のケーブル８２上に配置されている。
【図１】
2019523363.tif 000003
【図２】
2019523363.tif 000004
【図３】
2019523363.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月20日(2019.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの測定ドローン（２）によって記録される少なくとも１つの測定値を記録する方法であって、前記測定ドローン（２）は、
−前記測定値を記録するために所定の位置に飛翔し、
−位置調整によって前記所定の位置に保持される、または、前記所定の位置に対するその変化が記録され、
−少なくとも１つの前記測定値を記録し、
−少なくとも１つの記録された前記測定値、または記録された測定値を表す少なくとも１つの値を保存し、それを評価装置（１０）に送信する、
方法。
【請求項２】
少なくとも１つの測定音値が、測定値として記録される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定ドローンは、測定値の記録に続いて別の所定の位置へ飛行し、位置調整によって前記別の所定の位置に保持される、あるいは別の所定の位置に対するその変化が記録され、前記測定ドローンが少なくとも１つの別の測定値を記録する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの測定風値が、測定値として記録される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの値が、以下を含むリストから、少なくとも１つの測定風値として選択される、
−風速、
−風向き、
−前記風の突風、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記測定ドローンは、
−位置調整によって前記所定の位置で保持され、および／または、
−高度調整によって所定姿勢で保持され、および
−少なくとも１つの風値が、位置調整または姿勢調整、あるいはその両方から導き出される、
請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
中断なしで前記測定値を記録するために、前記測定値の記録中に、少なくとも２つの測定ドローン（２）が互いに入れ替わる、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
複数の測定ドローン（２）は、同時に使用され、異なる所定の位置で前記測定値を記録する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
以下を含むリストから選択された、少なくとも１つの風の特性が捕獲される、
−少なくとも１つのウィンドシア（wind shear）、
−少なくとも１つのウィンドビア（wind veer）、
−風の場（wind field）、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記測定ドローン（２）の位置調整は、以下を含むリストから選択された、少なくとも１つの測定システムによって実行される、
−ＧＰＳデータを評価する測定システム、
−１つ以上の固定基準受信機で補足されたＧＰＳデータを評価する測定システム、
−超音波測定を評価する測定システム、
−レーダ測定を評価する測定システム、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
別の気象情報は、少なくとも１つの測定ドローンまたは他の方法で記録され、前記別の気象情報は、以下を含むリストから選択される少なくとも１つの気象情報要素に関する。
−大気温、
−降水量タイプ、
−降水量、
−相対湿度、
−空気密度、
−大気圧、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
複数の測定ドローン（２）は、それぞれ位置調整によって互いに異なる高さで保持され、各測定ドローン（２）は、その高さの測定値を記録する、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記測定ドローン（２）は、風向きに応じて配置される、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの風力発電設備（１００）を運転する方法であって、
前記風力発電設備（１００）は、少なくとも１つの風値に応じて運転され、前記少なくとも１つの風値は、少なくとも１つの測定ドローンによって記録される、
方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの測定値を記録する測定ドローン（２）であって、
−前記測定ドローン（２）が所定の位置へ飛行し、前記所定の位置で保持され、および／または、前記所定の位置に関連する前記測定ドローン（２）の位置の変化が記録されるように準備された飛行制御装置と、
−少なくとも１つの前記測定値を記録する測定手段と、
−任意の評価装置（１０）に送信するための送信手段、または少なくとも１つに記録された測定値または前記記録された測定値を表す少なくとも１つの値を格納するための格納手段と、
を備えた測定ドローン（２）。
【請求項１６】
前記測定手段は、測定音値を記録するために、少なくとも１つのマイクロフォン（８０）を備えている、
請求項１５に記載の測定ドローン（２）。
【請求項１７】
前記測定手段は、ケーブル（８２）、またはスペーサを介して、本体（８４）に接続される、
請求項１５または１６に記載の測定ドローン（２）。
【請求項１８】
プレート（８６）は、前記ケーブル（８２）または前記測定手段と前記本体（８４）との間の前記スペーサ上に配置される、
請求項１７に記載の測定ドローン（２）。
【請求項１９】
前記測定手段は、少なくとも１つの測定風値記録手段を備えている、
請求項１５から１８のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２０】
本質的に垂直な回転軸を有する１つ以上の電動プロペラによって特徴付けられ、前記飛行制御装置は、以下を含むリストから選択される少なくとも１つのアクチュエータを制御するように準備される、
−１つ以上のプロペラ、
−各プロペラの前記垂直な回転軸の配置を調整するための調整手段、
−測定ドローンの姿勢を制御するための姿勢制御手段、
−測定ドローンの飛行方向を制御する方向制御手段、
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２１】
前記測定ドローンは、その電力供給のために、
−必要とされる電気エネルギーを蓄えるための電力バッテリと、
−電気エネルギーを供給するためのトレーリングケーブル（８）と、を有している、
請求項１５から２０のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２２】
本日的に垂直な回転軸を有する少なくとも１つの内燃機関によって駆動される１つ以上のプロペラによって特徴付けられ、前記飛行制御装置は、以下を含むリストから選択される少なくとも１つのアクチュエータを制御するように準備される、
−１つ以上のプロペラ、
−各プロペラの前記垂直な回転軸の配置を調整する調整手段、
−前記測定ドローンの姿勢を制御する姿勢制御手段、
−前記測定ドローンの飛行方向を制御する方向制御手段、
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法で、そこで記載された前記測定ドローン（２）として使用されるように、準備される、
請求項１５から２２のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）。
【請求項２４】
少なくとも１つの測定値を、複数の測定ドローン（２）によって記録するための測定準備（arrangement）であって、前記準備（arrangement）は、
−請求項１５から２３のいずれか１項に記載の複数の測定ドローン（２）と、
−以下の機能を含むリストから少なくとも１つの機能を実行する基地局（１０）と、
を備え、
−前記測定ドローン(２)に電気エネルギーを供給し、
−記録された測定値を捕獲し、
−前記測定ドローン（２）を互いに調整する、
準備（arrangement）。
【請求項２５】
ナセル（１０４）とロータブレード（１０８）を有するロータ（１０６）とを備え、風から電気エネルギーを生成する風力発電設備（１００）であって、
−前記風力発電設備（１００）は、少なくとも１つの測定値に応じて制御され、
−測定値、または少なくとも１つの測定ドローン（２）によって記録され送信された前記測定値を表す値を受信するように構成されるデータ送信手段を有している、
風力発電設備（１００）。
【請求項２６】
前記データ送信手段は、測定値、または請求項１５から２３のいずれか１項に記載の測定ドローン（２）からの前記測定値を表す値を受信するように構成される、
請求項２５に記載の風力発電設備（１００）。
【請求項２７】
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの測定ドローン（２）の充電を行うために充電ポイントが設けられている、
請求項２５または２６に記載の風力発電設備（１００）。
【請求項２８】
風によって電気エネルギーを生成する、風力発電システム（１）であって、
請求項２５から２７のいずれか１つに記載の少なくとも１つの風力発電設備（１００）と、
請求項１５から２３のいずれか１つに記載の測定ドローン（２）と、
を備えた風力発電システム（１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【国際調査報告】
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